论文部分内容阅读
铀是放射性废水中广泛存在的核素,具有放射性强,半衰期长,生物化学毒性大的特点。如何高效、安全、低成本处理放射性废水中的铀是目前国内外研究者面临的难题之一。然而,由于在放射性废水中存在着多种可溶性有机物,它们会与放射性废水中的铀发生络合反应,使得传统的吸附法难以达到对铀的有效处理。与之相比,光催化法一方面可将铀还原成低价产物,另一方面也可将放射性废水中的有机物催化降解。但是,由于单一光催化材料普遍存在反应活性位点有限的问题,且铀的还原产物在催化剂上的累积会阻碍光催化反应的有效进行。本论文针对上述存在的问题,通过生物富集的方法,制备了生物质炭-钼基半导体复合材料,实现了碳基材料与半导体催化剂材料间的紧密界面接触,使得钼基半导体上产生的光电子被引入到含大量吸附活性位点的生物质炭骨架中,同步实现铀的吸附-催化还原与有机物的光催化降解,并分析了生物质炭-钼基半导体复合材料与铀吸附-催化还原反应间的构效关系及作用机制。主要研究结果如下:（1）采用生物富集的方法,在真菌菌丝生长过程中引入钼源,利用菌丝细胞与元素相互作用,使钼元素被富集固定在菌丝细胞内外结构中,将其冷冻干燥后进行高温碳化,制备出具有高比表面积的3D纤维网状菌丝/氧化钼（FH/MoOx）复合材料。研究结果表明,FH/MoOx复合材料碳骨架表面镶嵌有大量的MoOx结晶,且材料中Mo元素以C-O-Mo的形式与碳骨架相连。FH/MoOx对六价铀（U（VI））和单宁酸（TA）的最大去除率分别为78.3%和86.2%[U（VI）的初始浓度为8 mg/L,TA的初始浓度为10 mg/L,pH=5.0,T=293 K,物料比均为0.5]。该材料能有效地将U（VI）与TA预吸附于FH的碳骨架上,然后通过模拟太阳光激发MoOx,在MoOx的导带和价带分别产生光生电子和光生空穴,并将光生电子导流到FH的碳骨架上,使其可以持续的对U（VI）进行光催化还原;所产生的光生空穴与被光生电子活化的氧自由基则可对TA进行光氧化降解。（2）在FH/MoOx复合材料的基础上,进一步原位构筑了FH/MoS2吸附-催化复合材料。研究结果表明,FH/MoS2以FH为碳骨架,MoS2以花状存在于碳骨架表面。材料中的Mo同时以MoOx和MoS2两种形态存在。FH/MoS2复合材料对U（VI）和TA的最大去除率分别为95.5%和92.4%[U（VI）的初始浓度为8mg/L,TA的初始浓度为10 mg/L,pH=5.0,T=293 K,物料比为0.5]。在类肖特基结接触的吸附剂-半导体复合材料中,MoS2上产生的光电子会引入FH碳骨架上,使得铀可以被持续还原。结果表明,铀的吸附-催化还原行为和机制受到有机物光氧化反应的影响。本论文通过生物富集方法将半导体与生物质炭材料相复合构成类肖特基结,实现了在生物质炭表面进行铀的吸附-催化还原及有机物的氧化降解。研究成果以期对未来处理含有机物的含铀废水提供一定的参考。